Непрерывная разливка сортовой заготовки
  Раздел 5.2

Основные параметры качания кристаллизатора

В процессе формирования твердой корочки достаточно часто наблюдается явление ее прилипания к поверхности кристаллизатора. В этом случае в ней возникают растягивающие напряжения, которые вызываются вытягиванием заготовки из кристаллизатора. В конечном счете, в твердой корочке могут возникать разрывы, которые затем приводят к прорывам и вытеканию стали под кристаллизатором.

Снижение вероятности прилипания корочки к стенкам кристаллизатора достигается путем придания кристаллизатору возвратно-поступательных движений с определенной частотой и амплитудой [97, 105, 106, 109, 386, 387]. Технология разливки металла с использованием качаний (возвратно-поступательных движений) кристаллизатора предложена З. Юнгхансом (Германия) в начале 30-х годов прошлого столетия. Однако основной эффект от качания кристаллизатора был достигнут только в 50-е годы прошлого века за счет выбора таких параметров осцилляции, при которых в определенные периоды времени кристаллизатор, двигаясь в том же направлении, что и заготовка, обгоняет ее. Этот отрезок времени называется периодом отрицательного раздевания слитка (negative strip time) или временем опережения. На сегодняшний день наиболее распространенным режимом движения кристаллизатора для сортовых МНЛЗ является синусоидальный [3, 388, 389].

На рисунке 5.17 представлен синусоидальный закон скорости движения кристаллизатора, который обеспечивается представленным выше электромеханическим механизмом качания. В соответствии с этим графиком кристаллизатор движется вверх и вниз с одинаковой скоростью. Время опережения (tN) определяется как время, когда модульное значение скорости кристаллизатора при движении его вниз превышает значение скорости вытяжки заготовки. Для высокоскоростных сортовых МНЛЗ величина времени опережения обычно выбирается на уровне 0,12-0,14 с. При этом ход кристаллизатора составляет от 4 до 20 мм, а частота качания – от 30 до 300 качаний в минуту.

Чтобы отделить функцию скольжения и сжатия твердой корочки, более предпочтительным является триангулярный закон колебаний, позволяющий управлять третьим функциональным параметром, то есть, искажением треугольника, характерного для траектории движения кристаллизатора при синусоидальном режиме. Особенность таких колебаний заключается в том, что движение вверх происходит дольше по сравнению с нисходящим движением. Продолжительность движения вверх может регулироваться, и при ее увеличении снижается относительная скорость движения кристаллизатора и заготовки, что способствует уменьшению трения [390-422].

Синусоидальный закон перемещения кристаллизатора и изменения его скорости

Рисунок 5.17 – Синусоидальный закон перемещения кристаллизатора и изменения его скорости: tв – время движения кристаллизатора вверх, с; tн – время движения кристаллизатора вниз, с; tц – время одного цикла колебаний (период колебаний), с; tN – время опережения, с; Vк – скорость движения кристаллизатора, м/мин; Vр – скорость вытягивания заготовки, м/мин

На рисунке 5.18 представлена схема системы качания кристаллизатора с гидравлическим приводом. Гидравлический привод механизма качания в отличие от электромеханического позволяет изменять параметры возвратно-поступательного движения (частоту и амплитуду) во время разливки в зависимости от температурно-скоростных режимов движения заготовки.

1

Рисунок 5.18 – Схема системы качания кристаллизатора с серво-гидравлическим приводом

Кроме положительных аспектов [423-425], качание кристаллизатора оказывает и негативное воздействие на отливаемую заготовку. Это формирование так называемых следов качания, которые представляют собой углубления в виде поперечных канавок (рисунок 5.19). Они могут являться причинами образования поперечных трещин и снижать производительность установок непрерывной разливки [95].

Основные характеристики параметров качания кристаллизатора в целом оказывают значительное влияние на глубину складок (следов качания). Так, увеличение частоты качания со 100 до 200 циклов в минуту уменьшило глубину проникновения следов качания с 0,40 до 0,25 мм [426]. Изменение шага качания в пределах 5-8 мм показало, что при большей величине шага качания глубина проникновения заворотов увеличивается. В целом менее выраженные следы качания наблюдаются при более тонкой твердой корочке, что соответствует уменьшению времени затвердевания у мениска и увеличению перегрева при определенной скорости разливки.

Следы качания кристаллизатора на поверхности непрерывнолитой заготовки

Рисунок 5.19 – Следы качания кристаллизатора на поверхности непрерывнолитой заготовки

Принято считать, что следы качания формируются в два этапа [427]: на первом этапе твердая оболочка, образующаяся на мениске, поднимается при движении кристаллизатора вверх. В результате такого поднятия появляются две выпуклые поверхности (рисунок 5.20 (а)). На втором этапе при обратном движении кристаллизатора происходит расплющивание двух выпуклых поверхностей и, как следствие, формирование следа качания. На рисунке 5.20 (а) изображен механизм формирования следа качания во время непрерывной разливки при отсутствии шлакообразующей смеси (ШОС). На рисунке 5.20 (б) представлен механизм образования следа качания при разливке с использованием ШОС. Процесс одинаков в обоих случаях.

Следы качания формируются также в тот момент, когда осцилляция вынуждает жидкий металл восстановить контакт с поверхностью кристаллизатора [428, 429]. Это может происходить в двух случаях – при переливе или изгибе оболочки к стенке кристаллизатора посредством гидростатического давления. Также возможно протекание одновременно сразу двух процессов.

Формирование следов качания при непрерывной разливке сортовой заготовки

Рисунок 5.20 – Формирование следов качания при непрерывной разливке сортовой заготовки: а) без применения ШОС; б) с применением ШОС

На рисунке 5.21 представлены различные способы контакта жидкой стали со стенкой кристаллизатора выше затвердевшего мениска. След слева обычно называется складчатым следом качания, а след посредине получил название следа перелива.

Существенное негативное влияние на качество поверхности заготовки оказывает стабильность работы системы, обеспечивающей возвратно-поступательное движение кристаллизатора. Наибольшее влияние на отклонения параметров и направления колебательного движения кристаллизатора оказывают некачественный монтаж эксцентриковой муфты и неисправности подшипниковых шарниров. Среди основных неисправностей механизма качания кристаллизатора с системой электромеханического привода выделяются следующие: повреждение опорного узла двигателя и редуктора, повреждение подшипников и шпоночных соединений эксцентриковой муфты, ослабление резьбовых соединений муфты, нарушение смазки и неправильный монтаж эксцентриковой муфты, повреждение подшипников и ослабление резьбовых соединений рычажного механизма, нарушение смазки и неправильный монтаж рычажного механизма, а также отказы пневматических устройств, поддерживающих стол качания во время работы и частично компенсирующих «разболтанность» механизма в результате возникновения и развития зазора в его шарнирах [430].

Механизм образования следа качания

Рисунок 5.21 – Механизм образования следа качания: а) поднимающаяся жидкость отодвигает твердую оболочку по направлению к стенке; б) жидкость перетекает за твердую оболочку; в) комбинация вариантов а) и б)

Все указанные выше неисправности в зависимости от степени их развития приводят как к проявлению незначительных биений в работе механизма качания кристаллизатора, так и к значительным отклонениям траектории движения кристаллизатора. Это, в свою очередь, негативно сказывается на качестве поверхности непрерывнолитой заготовки и вероятности возникновения волн на зеркале металла.

На рисунках 5.22 и 5.23 представлены сигналы ускорения и скорости движения кристаллизатора, полученные с использованием виброанализаторов 795М и СД-21 при тестировании ручьев 6-ти ручьевой МНЛЗ и соответствующие неудовлетворительному техническому состоянию механизма качания кристаллизатора.

Сигнал ускорения кристаллизатора в вертикальном направлении

Рисунок 5.22 – Сигнал ускорения кристаллизатора в вертикальном направлении (неудовлетворительное техническое состояние механизма качания)

Сигнал скорости движения кристаллизатора в вертикальном направлении

Рисунок 5.23 – Сигнал скорости движения кристаллизатора в вертикальном направлении (неудовлетворительное техническое состояние механизма качания)

Как видно из приведенных данных, измеренные сигналы скорости движения кристаллизатора значительно отличаются от синусоидального графика, полученного расчетным путем. В особенности эти отличия проявляются в области значений скорости ниже оси абсцисс. Такой характер изменения скорости движения кристаллизатора приводит к изменению времени опережения, а, следовательно, во время разливки образуются более глубокие следы качания, и формируется более тонкая корочка. Это увеличивает вероятность возникновения аварийной ситуации, связанной с прорывом металла, а также ухудшает качество поверхности и подповерхностных зон непрерывнолитой заготовки.

Так, сигнал, зарегистрированный на рисунке 5.22, подтверждает критическое состояние механизма качания. Он носит полигармонический характер и практически не имеет совпадений с графиком, полученным расчетным способом. При этом максимальное значение ускорения превышает расчетное примерно в два раза. Это приводит к тому, что механизм качания испытывает удвоенные инерционные нагрузки, что влечет за собой ускоренный износ и выход из строя элементов системы привода. Дополнительно следует отметить, что в сигнале ускорения присутствуют заметные биения и «дрожания». Эти биения свидетельствуют о наличии дополнительных зазоров в электромеханической системе привода механизма качания кристаллизатора. Выполненные наблюдения за работой такого механизма качания позволили установить, что число прорывов заготовки возросло в 3-4 раза в сравнении с разливкой на ручье с нормальными параметрами привода качания.

  Раздел 5.2
РЕКЛАМА НА САЙТЕ

КНИГИ ПО МЕТАЛЛУРГИИ